工程水文课程设计1.doc

目录1 工程概况与设计任务21.1工程概况及原始资料21.2设计任务52 干流设计洪水推求62.1 特大洪水重现期与实测系列长度的确定62.2 洪水经验频率的计算62.3 洪水频率曲线统计参数估计和确定92.4 干流设计洪峰流量推求113 支流小流域设计洪水计算123.1 最大24小时设计暴雨过程推求123.2 产流计算133.3 汇流计算153.4 支流设计洪峰流量的确定174 桥址设计洪水流量175 桥址设计断面平均流速和设计水深176 设计感悟181 工程概况与设计任务1.1工程概况及原始资料 某高速公路大桥跨越的河流断面来水由干流和支流洪水组成，干流水文站位于桥址上游1km处，资料可用来推求坝址处洪水，支流洪水由地区降雨资料推求。干，支流与桥址位置示意图如图1所示。 图1-1干支流与桥址位置示意图干流洪水资料有年洪峰最大流量，包括调查和实测资料，见表1。另外，还调查到桥址附近干流1900年岸坡上洪痕点2个，分别位于水文站和桥轴线上，洪痕点高程分别为121.3m和120.8m，桥址断面河床高程为115.03m，河床比降为0.5%0，床面与边坡曼宁粗糙系数n=0.012，河宽500m，据此可得该年洪峰流量，作为一个洪水统计样本点。 图1-2桥址河段年最大洪峰流量支流洪水为一小流域（流域面积为）汇流而成。1） 该支流流域无实测洪水流量资料，但流域中心附近有一个雨量站资料，经频率计算获得P=2%，1%所对应的最大1d的设计点雨量分别为202.4mm, 323.8mm。该地区暴雨点面折算关系见表2，该地区的最大日降雨量与最大24小时降雨量根据经验其关系为，设计暴雨时程分配见表3。表1-1某地区暴雨点面折算关系表F（km2）t（h）02040608010012014016018011.0000.9450.9110.8840.8640.8470.8340.8230.8150.80731.0000.9600.9310.9100.8930.8790.8670.8580.8510.84561.0000.9770.9570.9420.9280.9170.9070.8990.8920.886121.0000.9860.9720.9610.9510.9430.9350.9280.9210.915241.0000.9910.9830.9750.9690.9640.9590.9530.9490.944表1-2地区最大24小时设计暴雨的时程分配表 日 程设计暴雨的时段（3h）雨量过程时段序号（3h）12 345678典型分配（%）4.18.313.834.220.411.54.23.52） 该流域位于湿润地区，。用同频率法求得设计，该流域的稳定下渗率为流域所在地区的地区综合瞬时单位线参数 1.2设计任务1）推求桥址设计洪水流量2）按均匀流假设，推求坝址断面设计流量的平均流速和水深。设计条件如下表： 31）大桥工程设计洪水标准为2%2），3）综合单位线参数，支流小流域面积2 干流设计洪水推求2.1 特大洪水重现期与实测系列长度的确定1.干流设计洪水推求1)洪水资料的总长度N：洪水资料的总长度为实测资料期17年；调查期56年；考证期4年的总和，即：2)特大洪水流量判定：，若，可判定为特大洪水 , 3)由调查资料推求水文站1900年洪峰流量，x=0.5m,推求水文站处河床高程为115.03+0.5=115.53m水文站水深,桥址水深推求水文站处水流断面面积根据曼宁公式水文站处断面平均流速根据推求水文站处洪峰流量判定1900年，1904年，1927年为特大洪水。2.2 洪水经验频率的计算其中有3项特大洪水，即a=3。其经验频率按以下公式计算：特大洪水系列：则3次特大洪水经验频率分别为：实测洪水：系列长度为n=197619601=17年实测期的n项洪水，认为是在N年中任意抽取的部分。如果实测期n项中有l项是特大洪水，是属于a项中的，即已从n项中抽出，还剩有（nl）项普通洪水都不超过为首的a项特大洪水。由于上一步中3项特大洪水可看做从N年中随意抽取的，故其概率可假定在01之间分布。在统一样本法中，认为这（nl）项洪水的经验频率均匀分布于1范围内，经验频率计算公式为：实测洪水系列：如1960年，M=2，其经验频率为： 洪峰流量 频率计算按时间次序排列流量由大到小排列年份流量年份流量PMPm(%)190017294.11921206000.0128190415100190017294.10.02561921206001904151000.038519606120196486709.19196156101971734014.53196239901960612019.88196353001973592025.22196486701965583030.56196558301961561035.9196636901963530041.24196743901974510046.58196842301972443051.93196939301967439057.27197035401968423062.61197173401962399067.95197244301969393073.29197359201966369078.63197451001976357083.98197527201970354089.32197635701975272094.662.3 洪水频率曲线统计参数估计和确定1） 统计参数初估对于不连续系列样本，假定：（nl）年系列的均值和均方差与除去特大洪水后的（Na）年系列的均值和均方差相等，可导出如下统计参数矩法初估公式： ， 2） 目估适线法确定统计参数选频率分布线行为皮尔逊型，并选进行第一次配线第二次配线采用Cv=0.71 Cs=2.5 Cs/Cv=3.52频率P%第一次配线EX=5453.293mCv=0.531 Cs=1.593 Cs/Cv=3第二次配线（采用）EX=5453.293mCv=0.71 Cs=2.5 Cs/Cv=3.52KpXpKpXp（1）（2）（3）（4）（5）12.79315229.063.75320466.2352.03911121.222.42713235.16101.7059295.791.88710290.38201.3597409.51.36927466.66500.8664722.60.8524647.6750.6133340.530.6243404.98900.4722572.880.5112787.83950.4192282.40.4742582.16990.3631977.480.4402399.732.4 干流设计洪峰流量推求 Cv=0.71 得，3 支流小流域设计洪水计算3.1 最大24小时设计暴雨过程推求该支流流域无实测洪水流量资料，但流域中心附近有一个雨量站资料，经频率计算获得P=2%，1%所对应的最大1d的设计点雨量分别为202.4mm, 323.8mm。该地区暴雨点面折算关系见表1-1，该地区的最大日降雨量与最大24小时降雨量根据经验其关系为。该流域位于湿润地区，。用同频率法求得设计，该流域的稳定下渗率为。流域所在地区的地区综合瞬时单位线参数 1） 最大1日面设计暴雨量利用设计资料中所提供的关系式：，所以2） 流域面平均设计雨量及时程分配根据设计资料所提供的点面折算系数进行流域面平均设计雨量的计算 由设计资料，支流小流域面积根据表1-1，t=24时，F=20时折算系数为0.991，F=40时折算系数为0.983。 利用内插法，F=30Km 折算系数=所以，流域面平均设计雨量为mm根据设计暴雨时程分配表进行设计暴雨的时程分配日程设计暴雨的时段（3h）雨量过程时段序号（3h）12345678典型分配（%）4.18.313.834.220.411.54.23.5分配量（mm）9.318.931.477.945.626.29.68.03.2 产流计算1） 设计净雨的推求 按照蓄满产流模式（B=0.2）进行设计净雨计算。根据稳定下渗率进行地面净雨和地下净雨的划分。 根据设计资料所提供，mm，B=0.2， 由公式 得， 根据设计资料所提供，Wo=Pa=90mm 由公式A=得，已知流域降雨量P和初始土壤含水量=90时，蓄满产流模型的产流计算公式归纳为 当A+P时，R=P+设计净雨计算表PWmmAA+PRWoWm9.3132112121.32.59011018.9132118.29137.197.2102.73811031.4132132163.429.911011077.9132132209.977.911011046.5132132178.546.511011026.2132132158.226.21101109.6132132141.69.6110110813213214081101102） 地面净雨与地下净雨的推求根据对设计资料中所提供的数据，本流域的稳定下渗率为1.5mm/h。由设计净雨过程中扣除地下净雨（等于稳定下渗率乘以净雨历时）得地面净雨过程。其中第一时段的净雨历时=（2.202/14.94）x3=0.806（h） 地下净雨=1.5x0.806=01.2(mm),故第一时段地面净雨为1.2mm，其余类推。P=2%设计暴雨过程分配时段数（t=3h）12345678合计占最大1日的百分数（%）4.18.313.834.220.411.54.23.5100设计暴雨（mm）9.318.931.477.945.626.29.68.0222.7设计净雨（mm）2.57.229.977.945.626.29.68.05207.8地下净雨（mm）1.21.74.34.54.54.54.54.529.7地面净雨（mm）1.35.525.673.442.021.75.13.5178.8 3.3 汇流计算1） 无因次单位线与10mm单位线的推求由设计资料得，综合单位线参数，t(h)t/kS(t)S(t-t)u(t,t)q(t,t)00000.000 30.5280.20900.2095.806 61.0560.450.2090.2416.694 91.5850.6340.450.1845.111 122.1130.7610.6340.1273.528 152.6410.8470.7610.0862.389 183.1690.9040.8470.0571.583 213.6970.940.9040.0361.000 244.2250.9630.940.0230.639 274.7540.9770.9630.0140.389 305.2820.9860.9770.0090.250 335.810.9910.9860.0050.139 366.3380.9940.9910.0030.083 396.8660.9970.9940.0030.083 427.3940.9980.9970.0010.028 457.9230.9990.9980.0010.028 488.45110.9990.0010.028 518.9791100.000 2） 设计地面径流过程推求由上表得出大洪水的单位线。由设计地面净雨过程通过单位线推求，得设计地面径流过程。3） 设计地下径流过程推求把地下径流概化为等腰三角形初六，其峰值出现在设计地面径流停止时刻（第24时段），地下径流过程的底长为设计径流底长的2倍，即4） 设计洪水过程推求3.4 支流设计洪峰流量的确定支流设计洪峰流量即为洪水流量过程线中最大值，为89.68（m3/s）4 桥址设计洪水流量5 桥址设计断面平均流速和设计水深已知：洪痕点2个分别位于水文站和桥轴线上，洪痕点高程分别为121.3m和120.8m桥址断面河床高程为115.03m 河床比降为0.5%0 床面与边坡曼宁粗糙系数n=0.012 河宽500m。按均匀流假设，桥址断面设计流量的平均流速v和水深h分别为V=6.43m/s h=6.44m6 设计感悟这一次的课程设计让我感受非常，由于是一个人单独完成，很多知识点很模糊，不知道从何入手进行设计工作。和舍友晚上在寝室也在激烈的讨论，做到很晚。计算量